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廈大EES：獨(dú)特結(jié)構(gòu)Mo改性Ru納米片，實(shí)現(xiàn)高性能雙功能氫催化

氫(H₂)能源在可再生能源技術(shù)的發(fā)展和碳中和的實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在溫和條件下生產(chǎn)高純H₂的水電解槽以及氫燃料電池，是實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵裝置。

與質(zhì)子交換膜燃料電池相比，在堿性條件下工作的陰離子交換膜燃料電池由于工作條件溫和，對催化劑的需求相對較低而更有吸引力。然而，陽極側(cè)氫氧化反應(yīng)(HOR)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)比在酸性介質(zhì)中低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，這阻礙了堿性燃料電池的實(shí)際應(yīng)用。

因此，開發(fā)高活性、持久穩(wěn)定性以及價(jià)格低廉的非鉑電催化劑是實(shí)現(xiàn)堿性燃料電池實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。

近日，廈門大學(xué)黃小青、張橋保和韓佳甲等成功地制備了一類獨(dú)特的Mo改性Ru納米片(Mo-Ru NSA)，其中Mo同時(shí)具有金屬M(fèi)o原子和MoO₃的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。

性能測試結(jié)果顯示，Mo-Ru NSA在1.0 M KOH溶液中僅需低至16 mV的過電位足以產(chǎn)生10 mA cm^-2的HER電流密度；Mo-Ru NSAs還可以在10 mA cm^-2下保持長達(dá)250小時(shí)的持久穩(wěn)定性。

對于催化HOR，Mo-Ru NSA的質(zhì)量活性為2.45 A mg_Ru^-1，分別是Ru/C和Pt/C的38.9倍和6.4倍。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，在Mo-Ru NSAs上，在MoO₃附近的H*和OH*的吸附強(qiáng)度減弱。更重要的是，MoRu位點(diǎn)可以使水自發(fā)解離并促進(jìn)H⁺和OH^–的生成；隨著H*和OH*覆蓋范圍的增加，H*和OH*傾向于向MoO₃移動(dòng)，從而進(jìn)一步優(yōu)化了H*和OH*的吸附強(qiáng)度。

此外，MoRu位點(diǎn)與MoO₃的強(qiáng)耦合提供了更有利的反應(yīng)路徑，促進(jìn)了HER和HOR朝著能量有利的方向進(jìn)行。總的來說，該項(xiàng)工作通過對高性能Mo改性Ru納米片催化劑的研究，將有助于制備更先進(jìn)的雙功能氫催化催化劑并用于其他催化應(yīng)用。

Surface and Lattice Engineered Ruthenium Superstructures towards High-Performance Bifunctional Hydrogen Catalysis. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE02076A

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